(57)【要約】    【課題】  大粒径の半導体結晶粒を形成することで、高性能な薄膜トランジスタを安定して得ることを可能とする半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】  基板（１１）上に半導体膜の結晶化の際の起点となるべき起点部（１２５）を形成する工程、起点部が形成された基板上に半導体膜を形成する工程、半導体膜上に絶縁膜を形成する工程、半導体膜に熱処理を行い、起点部（１２５）を略中心とする略単結晶粒を形成する工程、絶縁膜及び半導体膜をパターニングし、トランジスタ領域（１３３）を形成する工程、トランジスタ領域上にゲート絶縁膜（１４）及びゲート電極（１５）を形成して薄膜トランジスタを形成する工程を含み、絶縁膜は、半導体膜から絶縁膜へ拡散する熱エネルギーに対する、絶縁膜から半導体膜に戻る熱エネルギーの割合が３０％以上となるよう形成されている。【選択図】  図１
2005353939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の表面が絶縁性の基板に半導体膜を用いて薄膜トランジスタを形成する半導体装置の製造方法であって、
前記基板上に半導体膜の結晶化の際の起点となるべき起点部を形成する起点部形成工程と、
前記起点部が形成された前記基板上に半導体膜を形成する半導体膜形成工程と、
前記半導体膜上に絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体膜に熱処理を行い、前記起点部を略中心とする略単結晶粒を形成する熱処理工程と、
前記絶縁膜を剥離する工程と、
前記半導体膜をパターニングし、ソース領域、ドレイン領域、及びチャネル形成領域となるべきトランジスタ領域を形成するパターニング工程と、
前記トランジスタ領域上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成して薄膜トランジスタを形成する素子形成工程と、を含み、
前記絶縁膜は、前記半導体膜から前記絶縁膜へ拡散する熱エネルギーに対する、前記絶縁膜から前記半導体膜に戻る熱エネルギーの割合が３０％以上となるように形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
少なくとも一方の表面が絶縁性の基板に半導体膜を用いて薄膜トランジスタを形成する半導体装置の製造方法であって、
前記基板上に半導体膜の結晶化の際の起点となるべき起点部を形成する起点部形成工程と、
前記起点部が形成された前記基板上に半導体膜を形成する半導体膜形成工程と、
前記半導体膜上にゲート絶縁膜の一部となる絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体膜に熱処理を行い、前記起点部を略中心とする略単結晶粒を形成する熱処理工程と、
前記絶縁膜および前記半導体膜をパターニングし、ソース領域、ドレイン領域、及びチャネル形成領域となるべきトランジスタ領域を形成するパターニング工程と、
前記トランジスタ領域上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成して薄膜トランジスタを形成する素子形成工程と、を含み、
前記絶縁膜は、前記半導体膜から前記絶縁膜へ拡散する熱エネルギーに対する、前記絶縁膜から前記半導体膜に戻る熱エネルギーの割合が３０％以上となるよう形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
少なくとも一方の表面が絶縁性の基板に半導体膜を用いて薄膜トランジスタを形成する半導体装置の製造方法であって、
前記基板上に半導体膜の結晶化の際の起点となるべき起点部を形成する起点部形成工程と、
前記起点部が形成された前記基板上に半導体膜を形成する半導体膜形成工程と、
前記半導体膜上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の一部を加工するエッチング工程と、
前記半導体膜に熱処理を行い、前記起点部を略中心とする略単結晶粒を形成する熱処理工程と、
前記絶縁膜を剥離する工程と、
前記半導体膜をパターニングし、ソース領域、ドレイン領域、及びチャネル形成領域となるべきトランジスタ領域を形成するパターニング工程と、
前記トランジスタ領域上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成して薄膜トランジスタを形成する素子形成工程と、を含み、
前記絶縁膜のエッチング工程では、前記起点部を中心として直径４μｍ以内の範囲において、前記半導体膜から前記絶縁膜へ拡散する熱エネルギーに対する、前記絶縁膜から前記半導体膜に戻る熱エネルギーの割合が３０％未満となるよう前記絶縁膜をエッチングし、前記起点部より直径４μｍ外の範囲において、前記熱エネルギーの割合が３０％以上となるよう前記絶縁膜をエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記絶縁膜は、酸化珪素膜であり、前記絶縁膜の膜厚が４００ｎｍ以下である、請求項１乃至２のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記絶縁膜は、酸化珪素膜であり、前記起点部を中心として直径４μｍ以内の範囲の前記前記絶縁膜の膜厚を４００ｎｍより厚くし、前記起点部より直径４μｍ外の範囲の前記絶縁膜の膜厚を４００ｎｍ以下とする、請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記起点部は、前記基板に形成された凹部である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記熱処理工程は、レーザ照射によって行われる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法で製造した半導体装置を備えることを特徴とする電気光学装置。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法で製造した半導体装置を備えることを特徴とする集積回路。
【請求項１０】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法で製造した半導体装置を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高性能の略単結晶半導体膜を有する半導体装置の製造方法、電気光学装置、集積回路及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気光学装置、例えば、液晶表示装置や有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）表示装置などの電気光学装置においては、半導体素子としての薄膜トランジスタを含んで構成される薄膜回路を用いて画素のスイッチングなどを行っている。従来の薄膜トランジスタは、非晶質シリコン膜を用いて、チャネル形成領域等の活性領域を形成している。また、多結晶シリコン膜を用いて活性領域を形成した薄膜トランジスタも実用化されている。多結晶シリコン膜を用いることにより、非晶質シリコン膜を用いた場合に比較して移動度などの電気的特性が向上し、薄膜トランジスタの性能を向上させることができる。
また、薄膜トランジスタの性能を更に向上させるために、大きな結晶粒からなる半導体膜を形成し、薄膜トランジスタのチャネル形成領域内に結晶粒界が入り込まないようにする技術が検討されている。例えば、基板上に微細孔を形成し、この微細孔を結晶成長の起点として半導体膜の結晶化を行うことにより、大粒径のシリコンの結晶粒を形成する技術が提案されている。このような技術は、例えば、文献「Single Crystal Thin Film Transistors；IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN Aug.1993 pp257-258」（非特許文献１）、文献「Advanced Excimer-Laser Crystallization Techniques of Si Thin-Film For Location Control of Large Grain on Glass； R.Ishihara et al., proc.SPIE 2001, vol.4295 pp14-23」（非特許文献２）などに記載されている。
【０００３】
この技術を用いて形成される大結晶粒径のシリコン膜を用いて薄膜トランジスタを形成することにより、１つの薄膜トランジスタの形成領域（特に、チャネル形成領域）に結晶粒界が入り込まないようにすることが可能となる。これにより、移動度等の電気的特性に優れた薄膜トランジスタを実現することが可能になる。
【０００４】
【非特許文献１】「Single Crystal Thin Film Transistors」, IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN Aug.1993 pp257-258
【０００５】
【非特許文献２】「Advanced Excimer-Laser Crystallization Techniques of Si Thin-Film For Location Control of Large Grain on Glass 」, R.Ishihara et al., proc.SPIE 2001, vol.4295, pp14-23
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで前記非特許文献１および非特許文献２に記載の方法で得られる結晶粒は、前記微細孔上に堆積するシリコン膜の膜厚を厚くし、かつ比較的大きなエネルギー密度を有するレーザ照射を施すことによって、その粒径が大きくなることが、非特許文献２や本願発明者らの実験によって確認されている。
【０００７】
しかしながら、従来得られた結晶粒の粒径は最大で７μｍ程度であり、多くの薄膜トランジスタを結晶粒内に形成することは面積が少なすぎて困難であった。また結晶粒内に配置される薄膜トランジスタに対する設計や加工精度の余裕度（クリアランス）が必ずしも十分確保できず、薄膜トランジスタを歩留まりよく安定して形成することが困難であった。
【０００８】
よって本発明は、従来に比べて大きな半導体膜のための結晶粒の形成を実現し、高性能な薄膜トランジスタを安定して形成し得る半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、少なくとも一方の表面が絶縁性の基板に半導体膜を用いて薄膜トランジスタを形成する半導体装置の製造方法であって、基板上に半導体膜の結晶化の際の起点となるべき起点部を形成する起点部形成工程と、起点部が形成された基板上に半導体膜を形成する半導体膜形成工程と、半導体膜上に絶縁膜を形成する工程と、半導体膜に熱処理を行い、起点部を略中心とする略単結晶粒を形成する熱処理工程と、絶縁膜を剥離する工程と、半導体膜をパターニングし、ソース領域、ドレイン領域、及びチャネル形成領域となるべきトランジスタ領域を形成するパターニング工程と、トランジスタ領域上にゲート電極を形成して薄膜トランジスタを形成する素子形成工程と、を含み、前記絶縁膜は、半導体膜から絶縁膜へ拡散する熱エネルギーに対する、絶縁膜から半導体膜に戻る熱エネルギーの割合が３０％以上となるように形成されている。
【００１０】
上記方法によれば、半導体膜上に堆積した絶縁膜によって、熱処理時の半導体膜からの熱放出効率が小さくなり、半導体膜の溶融時間を長くすることができる。これにより、起点部を起点として形成される半導体膜の略単結晶粒の粒径が大きくなり、高性能な薄膜トランジスタを安定して形成することが可能になる。
なお、「起点部」とは結晶成長における起点であり、熱処理によって起点部から略単結晶粒の結晶が成長していく部分である。
【００１１】
「半導体膜」とは、例えば多結晶半導体膜やアモルファス半導体膜を含む。
「略中心」とは幾何的に中心という意味ではなく、上記したように結晶成長の起点となるがために成長直後の略単結晶粒の中程に位置することになるという意味である。
【００１２】
「略単結晶粒」とは、Σ３やΣ９やΣ２７といった規則粒界（対応粒界）は含み得るが、不規則粒界を含まないものをいう。
【００１３】
また、「起点部」は、例えば、基板に形成された凹部であることが好ましい。凹部上に形成しておくと熱処理過程により凹部の底部から結晶成長が生じるからである。このとき凹部の径は、凹部の底部から結晶成長が生じる多結晶半導体の一つの結晶粒の粒径と同等か少し小さい径を有することが好ましい。
【００１４】
また本発明は、少なくとも一方の表面が絶縁性の基板に半導体膜を用いて薄膜トランジスタを形成する半導体装置の製造方法であって、基板上に半導体膜の結晶化の際の起点となるべき起点部を形成する起点部形成工程と、起点部が形成された基板上に半導体膜を形成する半導体膜形成工程と、半導体膜上にゲート絶縁膜の一部となる絶縁膜を形成する工程と、半導体膜に熱処理を行い、起点部を略中心とする略単結晶粒を形成する熱処理工程と、絶縁膜及び半導体膜をパターニングし、ソース領域、ドレイン領域、及びチャネル形成領域となるべきトランジスタ領域を形成するパターニング工程と、トランジスタ領域上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成して薄膜トランジスタを形成する素子形成工程と、を含み、絶縁膜は、半導体膜から絶縁膜へ拡散する熱エネルギーに対する、絶縁膜から半導体膜に戻る熱エネルギーの割合が３０％以上となるように形成されている。
【００１５】
また本発明は、少なくとも一方の表面が絶縁性の基板に半導体膜を用いて薄膜トランジスタを形成する半導体装置の製造方法であって、基板上に半導体膜の結晶化の際の起点となるべき起点部を形成する起点部形成工程と、起点部が形成された基板上に半導体膜を形成する半導体膜形成工程と、半導体膜上に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜の一部を薄膜化するエッチング工程と、半導体膜に熱処理を行い、起点部を略中心とする略単結晶粒を形成する熱処理工程と、絶縁膜を剥離する工程と、半導体膜をパターニングし、ソース領域、ドレイン領域、及びチャネル形成領域となるべきトランジスタ領域を形成するパターニング工程と、トランジスタ領域上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成して薄膜トランジスタを形成する素子形成工程と、を含み、絶縁膜のエッチング工程では、起点部を中心として直径４μｍ以内の範囲において、半導体膜から絶縁膜へ拡散する熱エネルギーに対する、前記絶縁膜から前記半導体膜に戻る熱エネルギーの割合が３０％未満となるように絶縁膜をエッチングし、起点部より直径４μｍ外の範囲では、熱エネルギーの割合が３０％以上となるよう絶縁膜をエッチングする。
【００１６】
上記方法によれば、半導体膜上に堆積した絶縁膜によって、熱処理時の半導体膜からの熱放出効率が小さくなり、半導体膜の溶融時間を長くすることができる他、エッチング工程により絶縁膜が、起点部付近とその周辺部とで異なる膜厚とされるため、熱処理時の半導体膜に温度分布を形成することができ、これにより大粒径の結晶粒をより安定して形成することができる。
ここで絶縁膜は例えば酸化珪素膜で、その場合、半導体膜から絶縁膜へ拡散する熱エネルギーに対する、絶縁膜から半導体膜に戻る熱エネルギーの割合が３０％以上となるような酸化珪素の膜厚は４００ｎｍ以下であり、前記熱エネルギーの割合が３０％未満となるような酸化珪素の膜厚は４００ｎｍより厚い膜厚となる。
【００１７】
すなわち、絶縁膜の膜厚を調整することにより、半導体膜から絶縁膜へ拡散する熱エネルギーに対する、絶縁膜から半導体膜に戻る熱エネルギーの割合を変えることができる。この他、絶縁膜の材料を変更することでも当該割合を変更することができる。
また、熱処理工程は、レーザ照射によって行われることは好ましい。レーザ照射によれば、一部の半導体膜に効率よくエネルギーを供給し、一部のみを融解させることによって略単結晶粒を成長させやすいからである。
【００１８】
また、本発明は、上記半導体装置の製造方法で製造した半導体装置を備える電気光学装置でもあり、集積回路でもあり、電子機器でもある。
本発明の半導体装置の製造方法で製造された半導体装置は、安定しており高性能であるため、半導体装置を集積して構成されるあらゆる集積回路、電気的エネルギーの変化を光学的エネルギーの変化にしたりその逆にしたりする、アクティブ型あるいはパッシブマトリクス型の、液晶表示装置及び有機ＥＬ表示装置等の電気光学装置、その他一般的電子機器、例えば、携帯電話、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、リア型またはフロント型プロジェクタ、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイなどに活用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に本発明を実施するための好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
< 第１の実施の形態 >
< 構成 >
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本実施形態の製造方法は、（１）基板上に半導体膜であるシリコン膜の結晶化の起点となる本発明の凹部（起点部）としての微細孔を形成する工程と、（２）微細孔からシリコン結晶粒を成長・形成させる工程と、（３）前記シリコン結晶粒を含むシリコン膜を用いて薄膜トランジスタを形成する工程とを含んでいる。以下、それぞれの工程について詳細に説明する。
【００２０】
（１）微細孔形成工程
図１（ａ）に示すように、ガラス基板１１上に下地絶縁膜１２１としての４を形成する。膜厚は例えば２００ｎｍ程度である。次に前記下地絶縁膜１２１上に第一絶縁膜１２２として酸化シリコン膜を例えば膜厚５５０ｎｍで形成する。次に前記第一絶縁膜１２２に直径１μｍ程度以下の孔１２３を形成する（図１（ｂ））。この孔１２３の形成手法としては、マスクを用いて前記第一絶縁膜１２２用上に塗布したフォトレジスト膜を露光、現像して、前記孔１２３の形成位置を露出させる開口部を有するフォトレジスト膜（図示せず）を第一絶縁膜１２２上に形成し、このフォトレジスト膜をエッチングマスクとして用いて反応性イオンエッチングを行い、その後、前記フォトレジスト膜を除去することによって形成することができる。次に前記孔を含む前記第一絶縁膜１２２上に、第二絶縁膜１２４としての酸化シリコン膜を形成する（図１（ｃ））。この第二絶縁膜１２４の堆積膜厚を調整することによって、前記孔１２３の直径を狭め、直径２０ｎｍから１５０ｎｍ程度の本発明の凹部としての微細孔１２５を形成する。
【００２１】
これら下地絶縁膜１２１、第一絶縁膜１２２、第二絶縁膜１２４（これらの層を合わせて絶縁層１２とも呼ぶ）はいずれも例えばＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）やシラン（ＳｉＨ4）ガスを原料として用いたＰＥＣＶＤ法により形成可能である。
【００２２】
（２）結晶粒形成過程
図１（ｄ）に示すように、ＬＰＣＶＤ法やＰＥＣＶＤ法などの製膜法によって、前記第二絶縁膜１２４である酸化シリコン膜上及び前記微細孔１２５内に、半導体膜として用いる非晶質シリコン膜１３０を形成する。この非晶質シリコン膜１３０の膜厚ｔ（μｍ）は、０．０５〜０．３μｍ程度の膜厚に形成することが好適である。非晶質シリコン膜１３０に代えて、多結晶シリコン膜を形成してもよい。非晶質シリコン膜または多結晶シリコン膜を、以下シリコン膜１３と称する。
【００２３】
なお、これらシリコン膜１３をＬＰＣＶＤ法やＰＥＣＶＤ法により形成した場合には、形成されるシリコン膜１３中の水素含有量が比較的に多くなる場合がある。このような場合には、後述するレーザ照射時にシリコン膜１３のアブレーションが生じないようにするために、当該シリコン膜１３の水素含有量を低くする（好適には１％以下）ための熱処理を行うとよい。
【００２４】
次に、同じく図１（ｄ）に示すように、前記シリコン膜１３上に本発明の絶縁膜としての酸化珪素膜（二酸化珪素膜）１２６を形成する。この二酸化珪素膜の膜厚は４００ｎｍ以下が望ましい。
【００２５】
次に、図１（ｅ）に示すように、前記二酸化珪素膜１２６及びシリコン膜１３に対してレーザ照射ＬＡを行う。このレーザ照射は、例えば、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌパルスエキシマレーザを用いて、エネルギー密度が０．４〜２．０Ｊ／ｃｍ2程度となるように行うことが好適である。このような条件で照射したレーザは、そのほとんどが二酸化珪素膜１２６を透過し、シリコン膜の表面付近で吸収される。これは、ＸｅＣｌパルスエキシマレーザの波長（３０８ｎｍ）における非晶質シリコンの吸収係数が０．１３９ｎｍ-1と比較的に大きいためである。
【００２６】
レーザ照射ＬＡの条件を適宜に選択することにより、シリコン膜１３を、微細孔１２５内の底部には非溶融状態の部分が残り、それ以外の部分については略完全溶融状態となるようにする。これによりレーザ照射後のシリコンの結晶成長は微細孔１２５の底部近傍で先に始まり、シリコン膜１３の表面付近、すなわち略完全溶融状態の部分へ進行する。レーザ照射ＬＡのエネルギーがこれよりやや強く、微細孔１２５内の底部に非溶融状態の部分が残らない場合においても、略完全溶融状態であるシリコン膜１３の表面付近と、微細孔１２５の底部との間に生じる温度差により、レーザ照射後のシリコンの結晶成長は、やはり微細孔１２５の底部近傍で先に始まり、前述したのと同様にシリコン膜１３の表面付近、すなわち略完全溶融状態の部分へ進行し得る。
【００２７】
シリコン結晶成長の初期段階では、微細孔１２５の底部においていくつかの結晶粒が発生し得る。このとき、微細孔１２５の断面寸法（本実施形態では、円の直径）を１個の結晶粒と同程度か少し小さい程度にしておくことにより、微細孔１２５の上部（開口部）には１個の結晶粒のみが到達するようになる。これにより、シリコン膜１３の略完全溶融状態の部分では、微細孔１２５の上部に到達した１個の結晶粒を核として結晶成長が進行するようになり、図２に示すように、微細孔１２５を略中心として、シリコン略単結晶粒１３１が形成される。そして図３（ａ）や図３（ｂ）に示すように微細孔１２５を複数配置することにより、それらを略中心とした大粒径のシリコン略単結晶粒１３１を規則的に配列してなるシリコン膜を形成することが可能となる。
【００２８】
図３（ａ）に示すように、微細孔１２５を結晶粒径と同程度以下の間隔で複数個配置することにより、複数のシリコン略単結晶粒１３１が互いに接するように形成することができる。このときの微細孔１２５の配置方法は問わないが、例えば図３（ａ）に示すように左右上下に等間隔に微細孔１２５を配置する方法や、図３（ｂ）に示すように、近接する微細孔１２５が全て等間隔になるように配置する方法などが考えられる。
【００２９】
ここでシリコン略単結晶粒とは、Σ３やΣ９やΣ２７といった規則粒界（対応粒界）は含み得るが、不規則粒界を含まないものを言う。一般に不規則粒界は多くのシリコン不対電子を含むため、そこに形成する薄膜トランジスタの特性の低下や特性のばらつきの大きな要因となるが、本手法によって形成されるシリコン略単結晶粒にはそれを含まないため、この中に薄膜トランジスタを形成することで、優れた特性を有する薄膜トランジスタが実現可能となる。しかしここで、前記微細孔１２５の直径が１５０ｎｍ程度以上の大きい直径を有する微細孔である場合は、微細孔１２５底部で発生した複数の結晶粒が微細孔上部まで成長して到達し、その結果、前記微細孔１２５を略中心として形成されるシリコン結晶粒には不規則粒界を含むことになる。
【００３０】
ここで、微細孔１２５が例えば１０μｍ程度以下の比較的近接した間隔で複数形成されている場合は、各々の微細孔１２５から成長したシリコン略単結晶粒１３１が、微細孔１２５間のほぼ中央でぶつかり、シリコン略単結晶粒１３１の粒径は微細孔１２５の間隔とほぼ等しくなる。これに対して、微細孔１２５が１０μｍ程度以上の十分広い間隔、または孤立して形成されている場合は、微細孔１２５を形成していない部分のシリコン膜１３がレーザ照射ＬＡによって略完全溶融状態である時間内に、微細孔１２５からシリコン略単結晶粒１３１が成長し得た大きさが粒径となる。すなわち、シリコン膜１３が溶融状態である時間を長くすることが、シリコン略単結晶粒１３１の粒径を大きくすることになる。
【００３１】
この点、本願発明によれば、シリコン膜１３上に二酸化珪素膜１２６を堆積することにより、レーザ照射時のシリコン膜１３からの放熱の効率を低減し、シリコン膜１３の溶融時間を長くすることができるため、シリコン略単結晶粒１３１の粒径を大きくすることができる。また前記二酸化珪素膜１２６を堆積することは、より高いエネルギー密度を有するレーザ照射ＬＡを行った際に生ずる場合があるシリコン膜１３の凝集や剥離の発生を防ぐという利点もある。
【００３２】
図４は、本願発明者らによって得られた実験結果であり、二酸化珪素膜の膜厚に対するシリコン略単結晶粒の直径の変化について説明する説明図である。シリコン膜１３上に二酸化珪素膜１２６を形成しない場合（膜厚が０ｎｍ）では、レーザ照射ＬＡの照射エネルギー密度が１４００ｍJ/ｃｍ2程度でシリコン膜１３の凝集が発生し、得られた最大粒径は７．２μｍ程度であった。これに対して膜厚２００ｎｍから４００ｎｍの二酸化珪素膜１２６をシリコン膜１３上に堆積し、レーザ照射ＬＡを行った場合では、シリコン膜１３の凝集は発生せずに、１６００ｍJ/ｃｍ2程度の高い照射エネルギー密度でレーザ照射が可能となり、粒径８μｍから９μｍ程度のより大きなシリコン略単結晶粒が得られた。また二酸化珪素膜１２６の膜厚を５００ｎｍと厚くした場合では、急激に粒径が小さくなった。これは膜厚が厚くなることで二酸化珪素膜１２６が熱伝達層として寄与し、上記とは反対に、シリコン膜１３の放熱の効果が大きくなるためであると考えられる。本願発明者らの熱伝導の実験結果によると、レーザ照射ＬＡによってシリコン膜１３が高温になった際にはシリコン膜１３から二酸化珪素膜１２６に熱拡散によって熱エネルギーが伝達するが、レーザ照射中または照射後の冷却過程では、シリコン膜１３の方が早く冷却する傾向があり、二酸化珪素膜１２６からシリコン膜１３への熱エネルギーの伝達があることが発見された。
【００３３】
そこでシリコン膜１３が溶融状態から凝固状態に至る間に、シリコン膜１３から二酸化珪素膜１２６へ拡散する熱エネルギーに対する、シリコン膜１３から二酸化珪素膜１２６に戻る熱エネルギーの割合を計算した結果、二酸化珪素膜１２６の膜厚が４００ｎｍ以下では３０％以上と比較的大きい値であり、二酸化珪素膜１２６によってシリコン膜１３の冷却を遅く（溶融時間を長く）する効果が大きいことが判った。これに対して二酸化珪素膜１２６の膜厚が４００ｎｍより厚い場合では３０％未満となり、例えば二酸化珪素膜１２６の膜厚が５００ｎｍでは１６％程度に低減することが判った。すなわち二酸化珪素膜１２６によるシリコン膜１３の冷却速度低下の効果は小さいのである。
【００３４】
このような熱エネルギーの戻りの割合を満たす絶縁膜であれば、二酸化珪素膜でなくても利用可能なはずであるが、他の組成の絶縁膜の場合には、上記膜厚とは異なる膜厚が、当該熱エネルギーの戻りの割合を満たすことになる可能性がある。
【００３５】
よって、膜厚４００ｎｍ以下の二酸化珪素膜１２６をシリコン膜１３上に堆積してレーザ照射ＬＡを行うことにより、大きな粒径を有するシリコン略単結晶粒１３１を形成することが可能となる。
【００３６】
なお上述したレーザ照射ＬＡによる結晶化の際に、特にパルス幅の長いＸｅＣｌエキシマレーザを用いることが望ましい。これによりレーザ照射ＬＡによるシリコン膜１３の溶融時間を更に長くすることができ、微細孔１２５を起点に結晶成長するシリコン略単結晶粒１３１の粒径を大きくすることができる。
【００３７】
また上述のレーザ照射ＬＡの際に、併せてガラス基板１１を加熱することも好ましい。例えば、ガラス基板を載置するステージによって当該ガラス基板１１の温度が２００℃〜４００℃程度となるように加熱処理を行うとよい。このように、レーザ照射と基板加熱とを併用することにより、各シリコン略単結晶粒１３１の結晶粒径を更に大粒径化することが可能となる。基板加熱を併用することにより、当該加熱を行わない場合に比較してシリコン略単結晶粒１３１の粒径を概ね１．５倍〜２倍程度にすることができる。更には、基板加熱の併用によって結晶化の進行が緩やかになるため、シリコン略単結晶粒１３１の結晶性がより向上するという利点もある。
【００３８】
このようにガラス基板１１上の所望の場所に微細孔１２５を形成し、またシリコン膜１３上に膜厚４００ｎｍ以下の二酸化珪素膜１２６を堆積しておくことで、レーザ照射後には前記微細孔１２５を略中心として、比較的結晶性の優れた大粒径のシリコン略単結晶粒１３１を形成することが可能となる。
【００３９】
レーザ照射後には、前記二酸化珪素膜１２６を剥離してからシリコン略単結晶粒１３１をパターニングしてもよいが、剥離せずに、次の薄膜トランジスタ形成工程で述べるように、酸化シリコン膜１４と併せてゲート絶縁膜として用いることもできる。
【００４０】
（３）薄膜トランジスタ形成工程
次に、薄膜トランジスタＴを形成する工程について説明する。
まず、上述したシリコン膜１３を用いて形成される薄膜トランジスタの構造について説明する。図５及び図６は、薄膜トランジスタＴを形成する工程を説明する説明図であり、図５は完成後の薄膜トランジスタの平面図、図６（ａ）〜図６（ｄ）は図５に示すＢ−Ｂ’方向の製造工程断面図を示している。
図６（ａ）に示すように、複数のシリコン略単結晶粒１３１が並んだシリコン膜１３（図３（ａ）や図３（ｂ）参照）に対し、薄膜トランジスタの形成に不要となる部分を除去し整形するよう、シリコン膜のパターニングを行ってパターニングされた半導体膜１３３を形成する。ここで、前記二酸化珪素膜１２６が剥離されていない場合は、図６（ａ）に示すように、半導体膜１３３と併せて二酸化珪素膜１２６をパターニングする。
【００４１】
次に、図６（ｃ）に示すように、スパッタリング法などの製膜法によってタンタル、アルミニウム等の金属薄膜を形成した後に、パターニングを行うことによって、ゲート電極１５及びゲート配線膜を形成する。そして、このゲート電極１５をマスクとしてドナーまたはアクセプタとなる不純物元素を打ち込む、いわゆる自己整合イオン打ち込みを行うことにより、半導体膜１３３にソース領域及びドレイン領域１３４並びにチャネル形成領域１３５を形成する。例えば、本実施形態では、不純物元素としてリン（Ｐ）を打ち込み、その後、４５０℃程度の温度で熱処理を行うことにより、不純物元素の打ち込みによって損傷したシリコン結晶粒の結晶性回復及び不純物元素の活性化を行う。
【００４２】
次に、図６（ｄ）に示すように、ゲート絶縁膜１４である酸化シリコン膜及びゲート電極１５の上面に、ＰＥＣＶＤ法などの製膜法によって、例えば５００ｎｍ程度の膜厚の酸化シリコン膜１６を形成する。この酸化シリコン膜１６は層間絶縁膜として機能する。次に、この層間絶縁膜１６とゲート絶縁膜１４と二酸化珪素膜１２６とを貫通してソース領域及びドレイン領域１３４のそれぞれに至るコンタクトホール１６１・１６２を形成し、これらのコンタクトホール１６１・１６２内に、スパッタリング法などの製膜法によってアルミニウム、タングステン等の金属を埋め込み、パターニングすることによって、ソース電極１８１及びドレイン電極１８２を形成する。
【００４３】
ここで前記コンタクトホール１６１・１６２の場所に位置し、ソース電極１８１及びドレイン電極１８２と接触するシリコン膜１３３の部分も、前記微細孔１２５からの成長によるシリコン略単結晶粒１３１が配置されていることが望ましい。これはシリコン略単結晶粒１３１の部分は不純物元素の活性化によって低抵抗化が図られるため、金属膜であるソース電極１８１及びドレイン電極１８２と半導体膜１３３との良好な電気的接合が可能になるためである。
以上に説明した製造方法によって、本実施形態の薄膜トランジスタが形成される。
【００４４】
< 第２の実施の形態 >
第１の実施の形態と異なる点についてのみ述べる。第１の実施の形態と同じ点については、同様の符号を付すこととする。
前記（２）結晶粒形成過程において、シリコン膜１３上に膜厚４００ｎｍ以上を有する二酸化珪素膜１２６を形成した後、二酸化珪素膜１２６に対するエッチングを行う。例えば、図７（ａ）に示すように、微細孔１２５を中心として直径４μｍ以内の範囲の二酸化珪素膜１２６上にフォトレジスト１４０をパターニングによって形成し、図７（ｂ）に示すように、二酸化珪素膜１２６をエッチングによって部分的に膜厚４００ｎｍ以下に薄くする。
【００４５】
次いで、図７（ｃ）に示すようにレジストを剥離した後、二酸化珪素膜１２６及びシリコン膜１３に対してレーザ照射ＬＡを行う。この際、二酸化珪素膜１２６の膜厚が４００ｎｍ以上の厚い部分では、図４で述べた通り二酸化珪素膜１２６は熱伝達層となるため、その部分のシリコン膜はレーザ照射後に早く冷却する。すなわち、微細孔１２５の底部からの結晶成長は比較的早く開始することになる。一方、微細孔１２５を中心として直径４μｍ以上の範囲では、二酸化珪素膜１２６の膜厚は４００ｎｍ以下と薄いため、当該部分のシリコン膜１３の溶融時間は長く維持される。
【００４６】
すなわち本実施の形態では、二酸化珪素膜１２６の膜厚を部分的に変えることにより、レーザ照射後、微細孔１２５の底部での結晶成長の開始時間を早くし、且つ、微細孔１２５から直径４μｍ以上離れた部分のシリコン膜の凝固開始時間を遅くすることができる。これにより、上記２つの開始時間の時間差を大きくすることができ、その結果、微細孔１２５から成長するシリコン略単結晶粒１３１の粒径をより大きくすることができる。レーザ照射後、前記二酸化珪素膜１２６を剥離する。
その後の工程は、第１の実施の形態に記載の（３）薄膜トランジスタ形成工程と同様である。
【００４７】
なお、上述した実施形態にかかる半導体装置の製造方法と素子転写技術とを組み合わせることも可能である。具体的には、上述した実施形態にかかる方法を適用して、転写元となる第１基板上に半導体装置を形成した後に、当該半導体装置を転写先となる第２基板上に転写（移動）する。これにより、第１基板については、半導体膜の成膜やその後の素子形成に都合のよい条件（形状、大きさ、物理的特性等）を備えた基板を用いることができるので、当該第１基板上に微細かつ高性能な半導体素子を形成することが可能となる。また、第２基板については、素子形成プロセス上の制約を受けることがなく、大面積化が可能となると共に、合成樹脂やソーダガラス等からなる安価な基板や可撓性を有するプラスチックフィルム等、幅広い選択肢から所望のものを用いることが可能となる。したがって、微細かつ高性能な薄膜半導体素子を大面積の基板に容易に（低コストに）形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】微細孔の形成、及びシリコン略単結晶粒を形成する工程の説明図である。
【図２】シリコン略単結晶粒を形成する工程についての説明図である。
【図３】シリコン略単結晶粒が形成された場合に、微細孔の配置とその配置に対して形成される略単結晶粒の形状との関係の説明図である。
【図４】二酸化珪素膜の膜厚に対するシリコン略単結晶粒の直径の変化について説明する説明図である。
【図５】薄膜トランジスタについて、主にゲート電極と活性領域（ソース領域、ドレイン領域、チャネル形成領域）に着目し、それ以外の構成を省略して示した平面図である。
【図６】薄膜トランジスタを形成する工程を説明する説明図である。
【図７】第２の実施の形態を説明する説明図である。
【図８】電気光学装置の一例である表示装置の接続状態を示す図である。
【図９】表示装置を適用可能な電子機器の例を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１１…ガラス基板、  １２（１２１、１２２、１２４）、１４、１６…酸化シリコン膜、  １２１…下地絶縁膜、  １２２…第一絶縁膜、  １２４…第二絶縁膜、  １２３…孔、  １２５…微細孔（凹部）、  １２６…二酸化珪素膜（絶縁膜）、  １３、１３０…（非晶質）シリコン膜、  １３１…シリコン単結晶粒、  １３２…結晶粒界、  １３３…半導体膜（トランジスタ領域）、  １５…ゲート電極、  １３４…ソース領域及びドレイン領域、  １３５…チャネル形成領域、１４０…フォトレジスト、  １…表示装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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